EP2120774A1 - Piece a main a usage dentaire ou chirurgical - Google Patents

Piece a main a usage dentaire ou chirurgical

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EP2120774A1
EP2120774A1 EP08706369A EP08706369A EP2120774A1 EP 2120774 A1 EP2120774 A1 EP 2120774A1 EP 08706369 A EP08706369 A EP 08706369A EP 08706369 A EP08706369 A EP 08706369A EP 2120774 A1 EP2120774 A1 EP 2120774A1
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metal alloy
handpiece according
dental
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Vincent Mosimann
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Bien Air Holding SA
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
    • A61C1/08—Machine parts specially adapted for dentistry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613—Component parts
    • A61B17/1622—Drill handpieces
    • A61B17/1624—Drive mechanisms therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00526—Methods of manufacturing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C2201/00—Material properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31678—Of metal

Definitions

  • the present invention relates to a handpiece for dental or surgical use. More specifically, the present invention relates to such an instrument for dental or surgical use whose body is made of a light material and easy to machine.
  • the first of these families includes what are called turbines, ie instruments whose tool, for example a bur, is coupled to a motor driven by pressurized air.
  • Such an engine can rotate at several hundred thousand revolutions per minute with an air pressure typically of the order of 2.5 to 3 bar.
  • Such a turbine includes a body that allows the practitioner to hold his instrument in hand. This body is conventionally connected to a power supply unit and supply fluids (air, water) via a connector and a hose.
  • the second family of instruments for dental or surgical use includes so-called handpieces and contra-angles.
  • the handpieces and the contra-angles differ essentially in that the body of the handpieces is substantially straight while that of the contra-angles form an angle at one place of its length.
  • An engine attached to the handpiece or contra-angle and capable of rotating at tens of thousands of revolutions per minute, is connected via a fixed-fitting or rotating hose to the power unit.
  • the following will refer to the instruments for dental or surgical use as described above by the generic term handpiece, knowing that this expression covers both the handpieces themselves as well as the turbines and contra-angles.
  • the handpieces essentially consist of a body that can hold them in hand and a head that includes the tool.
  • These elements are conventionally manufactured from a bar of brass or stainless steel. They have extremely complex external and internal shapes whose machining (cutting, drilling, threading, stamping, etc.) is long and costly and requires sophisticated machines that can include up to eight different machining axes. In addition, whatever the sophistication of the machining machines used, one is always limited by the shapes that can be given to these elements.
  • Brass for example, is a material much appreciated by manufacturers because it is easy to machine.
  • brass has the disadvantage of being easy to oxidize and must therefore undergo surface treatments by deposits of layers of stainless materials. These layers, relatively fragile, tend to wear and scratch easily, may appear in places the underlying brass layer, which gives practitioners the feeling of a poor quality instrument.
  • some of the layers contain nickel in contact with which the practitioner can develop allergies when these layers are exposed.
  • stainless steel is, by definition, a material resistant to corrosion and therefore does not require specific treatment from this point of view.
  • stainless steel is lighter than brass and therefore allows for handpieces that weigh less in the hand of the practitioner, reducing the fatigue that it can feel after several hours of work.
  • stainless steel has the disadvantage of being difficult to machine.
  • plastic materials elements for connecting handpieces to the power and control unit, insulating elements for electrical connectors, turbine blades etc.
  • Some of the plastic materials used are biocompatible, which makes it possible to produce components intended to come into contact with the practitioner or the patient.
  • the injection of plastic materials also makes it possible to overcome almost all the constraints in terms of the shapes of the elements to be produced. It also makes it possible to achieve these elements with great precision and to deliver them almost ready to use after demolding.
  • the use of plastic materials has not been generalized because these materials pose particular problems of mechanical strength over time and do not enjoy a good image among practitioners.
  • the present invention aims to meet this expectation by providing a handpiece for dental or surgical use comprising fixed components and moving components, characterized in that at least some of these fixed and / or mobile components are made in one.
  • metal alloy which solidifies at least partially in the amorphous phase in the volume.
  • the fixed components of a handpiece include the head and the handle of such handpieces.
  • Mobile components include gear wheels, drivers to transmit engine torque to tools and some components of electric motors.
  • the main obstacle to the use of such amorphous metal alloys in the volume hitherto has been the fact that it was thought to have to resort to a specific production tool for such materials.
  • the Applicant has realized that the amorphous alloy materials could be injected with the same machines as those usually used for the injection of plastic materials. This is in particular due to the fact that these alloys typically have a low softening and melting temperature of less than or equal to 600 ° C. Therefore, it is not necessary to make heavy investments in order to acquire a new production tool.
  • the metal alloy comprises at least 50% by volume of amorphous phase.
  • the metal alloy is amorphous throughout the volume. Any metal alloy that solidifies in amorphous phase throughout the volume can be used within the scope of the present invention. Solidification in the volume of amorphous alloys refers to the family of amorphous alloys which can be cooled at cooling rates as low as 500 ° K / sec or less, and which substantially retain their amorphous atomic structure. In other words, these amorphous metal alloys present in the volume, from a crystallographic point of view, an amorphous structure in which a few monocrystalline grains can be dispersed.

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Description

Pièce à main à usage dentaire ou chirurgical
La présente invention concerne une pièce à main à usage dentaire ou chirurgical. Plus précisément, la présente invention concerne un tel instrument à usage dentaire ou chirurgical dont le corps est réalisé dans un matériau léger et facile à usiner. II existe principalement deux familles d'instruments à main à usage dentaire ou chirurgical. La première de ces familles regroupe ce que l'on appelle les turbines, à savoir des instruments dont l'outil, par exemple une fraise, est couplé à un moteur entraîné par de l'air sous pression. Un tel moteur peut tourner à plusieurs centaines de milliers de tours par minute avec une pression d'air typiquement de l'ordre de 2,5 à 3 bars. Une telle turbine comprend un corps qui permet au praticien de tenir son instrument en main. Ce corps est classiquement relié à une unité d'alimentation électrique et de fourniture de fluides (air, eau) via un raccord et un tuyau souple. La seconde famille d'instruments à usage dentaire ou chirurgical regroupe ce que l'on appelle les pièces à main et les contre-angles. Les pièces à main et les contre-angles diffèrent pour l'essentiel en ce que le corps des pièces à main est sensiblement droit tandis que celui des contre- angles forme un angle en un endroit de sa longueur. Pour le reste, ces deux types d'instruments se ressemblent beaucoup. Un moteur, fixé sur la pièce à main ou le contre-angle et capable de tourner à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute, est relié via un tuyau à raccord fixe ou tournant à l'unité d'alimentation. Pour des raisons de commodité, on désignera dans ce qui suit les instruments à usage dentaire ou chirurgical tels que décrits ci-dessus par l'expression générique pièce à main, sachant que cette expression recouvre tout aussi bien les pièces à main proprement dites que les turbines et les contre-angles.
Les pièces à main se composent essentiellement d'un corps qui permet de les tenir en main et d'une tête qui porte notamment l'outil. Ces éléments sont classiquement fabriqués à partir d'un barreau de laiton ou d'acier inoxydable. Ils présentent des formes aussi bien extérieures qu'intérieures extrêmement complexes dont l'usinage (débitage, perçage, filetage, matriçage etc.) est long et coûteux et nécessite des machines sophistiquées qui peuvent comprendre jusqu'à huit axes d'usinage différents. En outre, quelque soit la sophistication des machines d'usinage utilisées, on est toujours limité par les formes que l'on peut donner à ces éléments.
On notera par ailleurs que les matériaux utilisés, laiton ou acier inoxydable, présentent des avantages mais aussi des inconvénients. Le laiton, par exemple, est un matériau très apprécié des constructeurs car il est facile à usiner. Par contre, le laiton présente l'inconvénient de s'oxyder facilement et doit donc subir des traitements de surface par dépôts de couches de matériaux inoxydables. Ces couches, relativement fragiles, ont tendance à s'user et à se rayer facilement, pouvant laisser apparaître par endroits la couche de laiton sous-jacente, ce qui donne aux praticiens le sentiment d'un instrument de qualité médiocre. En outre, certaines des couches contiennent du nickel au contact duquel le praticien peut développer des allergies lorsque ces couches sont mises à nu.
Au contraire, l'acier inoxydable est, par définition, un matériau résistant bien à la corrosion et ne nécessitant donc pas de traitement spécifique de ce point de vue. Par ailleurs, l'acier inoxydable est plus léger que le laiton et permet donc de réaliser des pièces à main qui pèsent moins dans la main du praticien, réduisant ainsi la fatigue que celui-ci peut ressentir après plusieurs heures de travail. Mais l'acier inoxydable présente l'inconvénient d'être difficile à usiner.
Pour remédier à ces problèmes, on a déjà réalisé certains composants de pièces à main par injection de matériaux plastiques (éléments pour le raccordement des pièces à main à l'unité d'alimentation et de contrôle, éléments isolants pour connecteurs électriques, ailettes des turbines etc.). Certains des matériaux plastiques utilisés sont biocompatibles, ce qui permet de réaliser des composants destinés à venir au contact du praticien ou du patient. L'injection de matériaux plastiques permet par ailleurs de s'affranchir de presque toutes les contraintes en termes de formes des éléments à réaliser. Elle permet également de réaliser ces éléments avec une grande précision et de les livrer quasi prêts à l'emploi après démoulage. Néanmoins, l'utilisation des matériaux plastiques ne s'est pas généralisée car ces matériaux posent notamment des problèmes de tenue mécanique dans le temps et ne jouissent pas d'une bonne image auprès des praticiens.
Il existait donc, dans l'état de l'art, un besoin pour un matériau permettant de combiner les avantages des matériaux plastiques (légèreté, liberté au niveau des formes, précision, répétitivité et rapidité de l'injection) et des matériaux métalliques (longévité, tenue mécanique).
La présente invention a pour but de répondre à cette attente en procurant une pièce à main à usage dentaire ou chirurgical comprenant des composants fixes et des composants mobiles, caractérisée en ce que certains au moins de ces composants fixes et/ou mobiles sont réalisés en un alliage métallique qui solidifie au moins partiellement en phase amorphe dans le volume.
Les composants fixes d'une pièce à main comprennent notamment la tête et le manche de telles pièces à main. Les composants mobiles comprennent entre autres les roues dentées, les entraîneurs pour transmettre le couple moteur aux outils et certains composants des moteurs électriques. Le principal obstacle qui, jusqu'à présent, s'opposait à l'emploi de tels alliages métalliques amorphes dans le volume résidait dans le fait que l'on pensait devoir recourir à un outil de production spécifique à de tels matériaux. Or, la demanderesse s'est rendu compte que les matériaux alliés amorphes pouvaient être injectés avec les mêmes machines que celles habituellement utilisées pour l'injection des matériaux plastiques. Ceci est notamment dû au fait que ces alliages présentent typiquement une température de ramollissement et de fusion faible, inférieure ou égale à 6000C. Il n'est donc pas nécessaire de devoir procéder à de lourds investissements pour faire l'acquisition d'un nouvel outil de production. On jouit par ailleurs d'une grande liberté du point de vue des formes qu'il est possible d'impartir aux différents composants de même que d'une grande précision de fabrication. Cette précision de fabrication est notamment due à l'absence de formation de phase cristalline au cours du refroidissement. Le retrait des pièces injectées est donc beaucoup plus faible car on n'observe pas de réarrangement atomique. De plus, les composants sont quasi prêts à l'emploi après démoulage. Seules des étapes de finition telles que surfaçage ou dépôt d'un revêtement décoratif peuvent s'avérer nécessaires. Par ailleurs, les composants métalliques ainsi obtenus présentent une excellente tenue mécanique, sont résistants à la corrosion et sont de 15 à 30% plus légers que les aciers inoxydables en fonction de la composition de l'alliage retenue. En outre, certains de ces alliages sont biocompatibles. On notera également que certains des alliages métalliques amorphes dont il est question ici présentent d'intéressantes propriétés magnétiques, notamment de faibles pertes par courants de Foucault, ce qui les destine tout naturellement à la réalisation de certaines pièces de moteurs électriques.
Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, l'alliage métallique comprend au moins 50% en volume de phase amorphe. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'alliage métallique est amorphe dans tout le volume. Tout alliage métallique qui solidifie en phase amorphe dans tout le volume peut être utilisé dans le cadre de la présente invention. La solidification dans le volume des alliages amorphes se réfère à la famille des alliages amorphes qui peuvent être refroidis à des vitesses de refroidissement aussi faibles que 500° K/sec ou moins, et qui conservent sensiblement leur structure atomique amorphe. Autrement dit, ces alliages métalliques amorphes présentent dans le volume, d'un point de vue cristallographique, une structure amorphe dans laquelle quelques grains monocristallins peuvent être dispersés. Un exemple typique d'alliages métalliques amorphes qui solidifient convenablement en phase amorphe dans tout le volume est donné par les alliages Zr-Al-R, Zr-Al-Ni-Cu et Zr-Ti-Ni-Cu-Be auxquels peut être ajouté de l'yttrium. Plus précisément, ces alliages métalliques sont décrits par les formules moléculaires suivantes : - ZrxAlyRz avec x, y < 100 et z = x-y;
- (Zr55 Ah5 Ni10 CU20) 100-χ Yx avec x compris entre 0 et 10;
- (Zr65 Al7 5 Niio Be225) 100-x Yx avec x compris entre 0 et 6;
- (Zr41 Ti14 Cu125 Ni10 Be225) 98 Y2, et
- Zr34 Ti15 Cu12 Ni11 Be28 Y2. II va de soi que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications annexées à la présente demande de brevet. On notera en particulier qu'une des caractéristiques spécifique à ces alliages métalliques amorphes réside dans le fait qu'ils passent de la phase solide à la phase liquide en passant par une nette phase plastique déformable, contrairement aux métaux classiques qui passent directement de la phase solide à la phase liquide. Cette caractéristique rend possible l'utilisation de moyens de mise en oeuvre habituellement employés pour d'autres matériaux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce à main à usage dentaire ou chirurgical comprenant des composants statiques et des composants dynamiques, caractérisée en ce que certains au moins de ces composants statiques et/ou dynamiques sont réalisés en un alliage métallique qui solidifie en phase amorphe dans le volume.
2. Pièce à main selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'alliage métallique comprend au moins 50% en volume de phase amorphe.
3. Pièce à main selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'alliage métallique est amorphe dans tout le volume.
4. Pièce à main selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce l'alliage métallique amorphe présente une température de ramollissement et de fusion inférieure ou égale à 600°C.
5. Pièce à main selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'alliage métallique amorphe présente, entre la phase solide et la phase liquide une phase dans laquelle il est déformable plastiquement.
6. Pièce à main selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alliage métallique amorphe est biocompatible.
7. Pièce à main selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'alliage métallique amorphe est un alliage de Zr-Al- R, de Zr-Al-Ni-Cu ou de Zr-Ti-Ni-Cu-Be.
8. Pièce à main selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'alliage métallique amorphe de Zr-Al-R, de Zr-Al-Ni-Cu ou de Zr-Ti-Ni-Cu- Be comprend en outre de l'yttrium.
9. Pièce à main selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'alliage métallique amorphe est décrit par l'une quelconque des formules moléculaires suivantes : - ZrxAIyR2 avec x, y < 100 et z = x - y;
- (Zr55 AIi5 Ni10 CU20) 100-x Yx avec x compris entre 0 et 10;
- (Zr6S Al7 5 Niio Be22 5) 100-x Yx avec x compris entre 0 et 6;
- (Zr41 Ti14 Cu125 Ni10 Be225) 98 Y2, ou
- Zr34 TÏ15 Cu12 Ni11 Be28 Y2.
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